建筑陶瓷装饰用虹彩釉的研制

鲍志蕾，张军剑，张 涛，邱辉辉

(江西陶瓷工艺美术职业技术学院，江西 景德镇 333001)

0 引 言

虹彩釉是一种在釉面产生颜色渐变，似彩虹一般的现代艺术釉。目前已被广泛应用于艺术、建筑陶瓷。虹彩釉析晶一般有锰-铅-锌系、锂-铅-锌-钛-钒系、锰-铅-锂系、锂-铅-硼系等，其中锰-铅-锌系产生虹彩现象机理是黑锰矿(Mn3O4)在高温下析晶[1-3]。而且该体系下的虹彩釉烧成温度在1150-1250 ℃，可满足目前建筑陶瓷生产特点。因此，本实验进行了可满足建筑陶瓷装饰要求的虹彩釉的制备研究，主要研究了釉料配方组成、釉层厚度和烧成工艺等对虹彩釉面效果的影响。

1 实验部分

本实验以铅熔块、ZnO、MnO2、NH4VO3、钾长石、石英、高岭土作为制备虹彩釉的基础原料。以钾长石、石英、高岭土作为定量，考察铅熔块、NH4VO3、MnO2、ZnO四种原料的正交实验进行优化配方。然后以单因素实验，分析烧成温度、保温时间、施釉厚度分别产生的影响，最终确定优化的最终配方及工艺参数。实验过程的釉料制备，以料 : 球 : 水 = 1 : 2 : 0．7进行快速球磨20-30 min，并能全部通过325目筛网控制釉的细度；采用浸釉的施釉工艺，在50 ℃温度下干燥1 h，最后进行烧制。

由于虹彩釉的评判主要靠观察表面的虹彩效果、颜色渐变、析晶情况，故本实验通过目测对样品进行打分。

2 结果与讨论

2.1 正交实验结果分析

正交实验设计方案及评分如表2所示，通过正交分析发现，虹彩釉原料配方组成对釉面效果影响具有一定程度的影响。通过对表2正交实验得到的效果评分的结果进行正交极差分析，具体结果见表3。

表1 原料的化学组成(wt.%)Tab.1 The chemical composition of raw materials (wt.%)

表2 正交实验设计方案及评分Tab.2 Design options and grades of the orthogonal experiments

表3 各因素极差分析Tab.3 Range analysis of various factors

经过对正交实验结果及釉面效果的分析，可以确定四种原料对虹彩效果的影响主次：MnO2(D) ＞铅熔块(A) ＞ ZnO(B) ＞ NH4VO3(C)，MnO2是最大影响因素。对于Mn-Pb-Zn-V系虹彩釉，在釉中析出大量的黑锰矿晶体(Mn3O4)，并且黑锰矿以三角锥晶体形状生长于釉中，同时(101)晶面与釉面平行。产生虹彩釉的的主要原因是黑锰矿晶体生成后紧密结合，在晶体锥面间的凹部充满含有铅的玻璃，当光透过和反射相互作用，而出现干涉现象。故从实验结果可以验证，MnO2含量在9-12%时，随着含量增大，效果愈佳。但MnO2对釉面虹彩现象的影响是在一个特定范围内，当达到15%时，虹彩效果会逐渐消失。主要原因是虽然黑锰矿晶体(Mn3O4)析出过多，在釉中已经过饱和，且晶体发育过大，釉面不平整，导致失去虹彩效果。通过因素结果分析，确定最优的水平组合为A3B1C2D2。

2.2 施釉厚度的影响分析

在结晶釉体系的虹彩釉中，施釉厚度起到十分关键的作用，它会影响釉中黑锰矿晶体的析晶与长大，进而影响虹彩效果。本实验在最优配方基础上，探讨了不同施釉厚度对虹彩釉效果的影响，实验结果如表4所示。当釉面厚度在0．2 mm时，釉未出现虹彩效果，主要是因为釉层过薄导致形成的晶体极度细小，并且釉层较薄，光线通过后，难以产生虹彩的必要条件。随着釉层的厚度增加，虹彩效果愈加明显。当釉层厚度达到0．6 mm时，虹彩现象达到最佳效果。当釉层继续增厚，一方面实际已产生的虹彩效果被过厚的釉层掩盖；另一方面，上釉较厚釉中容易产生气孔、气泡、开裂等缺陷，将影响光的反射和折射。

表4 上釉厚度对虹彩效果的影响Tab.4 Effects of different glaze thicknesses on iridescent glaze results

图1 不同烧成温度下实验实物图Fig.1 Experimental specimens obtained at different firing temperatures

2.3 烧成制度的影响分析

黑锰矿的产生需要满足特定的烧成条件，包含升温至最高温阶段、高温保温阶段、自然冷却至析晶温度、降温保温阶段以及最终冷却阶段。Mn-Pb-Zn-V系虹彩釉的烧成温度通常在1180-1220 ℃，刚好为一般建筑陶瓷普遍烧制的温度，黑锰矿的析晶温度范围在820-880 ℃[4-5]。烧成温度影响釉面熔融状态，同时也会影响釉中析晶。本实验在最优配方基础上，探讨了不同烧成温度(1160 ℃、1180 ℃、1200 ℃、1220 ℃、1240 ℃)对虹彩釉效果的影响，实验结果如图1所示。

当烧成温度为1180 ℃时，釉面光亮，但是黏度较大，熔融效果不佳；晶体数量不多，出现不明显的颜色渐变，略有虹彩现象。当烧成温度达到1200 ℃时，釉面光亮，晶体大量出现，数量较多，且分布均匀。所以在图1中体现虹彩效果好，釉中闪烁着金、红、黄、棕、绿色的虹彩渐变。当烧成温度为1220 ℃时，釉面变得明亮，这是铅玻璃熔体高温熔融反应继续加强的原因。在该温度下，晶体数量依旧较多，但是晶体有长大及重叠现象，虹彩效果略有降低，且不均匀。当继续升高温度达到1240 ℃时，釉面变得光亮且透，颜色加深出现深棕色，只有少量结晶产生，而且出现流釉，几乎失去虹彩效果。综上所述，最佳烧成温度应该控制在1200℃。以此为基础，探讨了降温析晶温度及保温时间的影响，发现冷却至860 ℃，保温15 min有助于虹彩现象的产生。

3 结 论

(1)采用正交实验探讨铅熔块、ZnO、NH4VO3、MnO2四种原料对虹彩釉效果的影响。其中，MnO2是影响釉面虹彩效果的主要影响因素，MnO2高于15%时，黑锰矿晶体(Mn3O4)析出过多，在釉中已经过饱和，且晶体发育过大，釉面不平整，导致失去虹彩效果。

(2)施釉厚度及烧成制度影响釉中黑锰矿晶体的析晶与长大，厚度0．6 mm虹彩现象达到显著效果；烧成温度1200 ℃、析晶保温温度860 ℃、保温时间15 min时，有助于虹彩现象的产生。